Argiaren abiadura

Argiaren abiadura
Magnitude mota	konstante fisikoa, abiadura unitatea, fundamental limit (en) , measured quantity value (en) , konstantea, UCUM constant (en) , neurri-unitatea eta eskalarra
Formula
Formulako ikurra
Ohiko ikurra	eta
Neurtzeko unitatea	metro segundoko
Dimentsioa
Aurkitzailea edo asmatzailea	Ole Rømer
Unitate estandarretan	1.079.252.848,8 km/h eta 670.616.629,384 mph
Balio numerikoa	299.792.458 m/s

Argiaren abiadura definitzeko, argia hutsean hedatzen denean daraman abiaduratik hasi beharra dago eta, hortik aurrera, argiaren abiadura definitu. Argia, hutsean hedatzen denean, haren abiadura konstante unibertsal bat da, 299.792.458 $m/s$ ko balioa duena eta ${\boldsymbol {c}}$ ikurraren bidez adierazten dena[2][3]. Hutsa ez den ingurune batean, ordea, argiaren abiadura hutseko abiadura baino txikiagoa da, eta zenbait ezaugarriren menpekoa da, besteak beste, permitibitate elektrikoaren, permitibitate magnetikoaren eta beste ezaugarri magnetiko batzuen menpekoa.

Laser aireko izpi bat hutsean argiaren abiaduraren % 99,97 inguru bidaiatzen du (airearen errefrakzio-indizea 1,0003 ingurukoa da)[1]

Argiaren abiadura hutsean duen balioa 1983ko urriaren 21ean sartu zen ofizialki Nazioarteko Unitateen Sisteman, konstante gisa[4], horrela neurgailua konstante horretatik eratorritako unitatea bihurtuz. Argi-urtearen definizioan ere erabiltzen da, 9,46·10₁₅ m-ren baliokide den luzera-unitatea; argiaren abiadura 9,46·10₁₅ m/urteko moduan ere adieraz daiteke.

Hutsa ez den medio baten abiadura bere permisibitate elektrikoaren, iragazkortasun magnetikoaren eta beste ezaugarri elektromagnetiko batzuen araberakoa da. Medio materialetan, abiadura hori c baino txikiagoa da, eta errefrakzio-indizean kodetuta dago. Hutsaren aldaketa sotilagoetan (hala nola espazio kurbatuak, Casimir efektua, populazio termikoak edo kanpoko eremuen presentzia), argiaren abiadura huts horren energia-dentsitatearen araberakoa da[5].

Historia

Eterraren sistema

Ezkerrean, Albert Einstein, eta, eskuinean, Hendrik Lorentz

Hasiera batean, uste izan zen espazio hutsa eter izeneko ingurune batez beteta zegoela eta ingurune horrek eremu elektromagnetiko bat zeukala. Ildo horretatik, fisikari askoren iritziz, eterra argia hedatzeko ingurune egokiena zen. Beraz, orduko fisikarien ustetan, posible izan beharko litzateke Lurraren mugimendua aztertzea argiaren ingurune horrekiko isotropia neurtuz. 1880ko hamarkadatik aurrera, hainbat esperimentu egin ziren Lurraren mugimendu hori aztertzeko, eta ezagunenetarikoa Albert a. Michelson-ek eta Edward W. Morley-k 1887an egindakoa izan zen[6]. Baina detektaturiko mugimendua beti zen errorea baino txikiagoa. Esperimentu modernoei esker, fisikariak ohartu ziren eterraren ingurunean argiaren hedapen-abiadura berdina zela noranzko guztietan. Ondorioz, Hendrik Lorentz fisikari herbeheretarrak ondororioztatu zuen eterraren sisteman mugitzen zen gorputza laburtuta ikusten zela bere mugimenduaren noranzkoan. Hori dela eta, Lorentzek ondorioztatu zuen denbora ez dela aldaezina, eta Lorentzen transformazioak deritzen ekuazioak sortu zituen. Urte batzuk geroago, 1900. urtean hain zuzen, Henri Poincaré-k frogatu zuen Lorentzek arrazoia zuela eta denbora konstante baten bitartez aldatzen zela eterraren sisteman. 1905. urtean, Henri Poincarék, Lorentzen transformazioez baliatuta, erlatibitatearen printzipioa formulatu zuen[7][8].

Erlatibitate Berezia

Henri Poincarék, erlatibitatearen printzipioa formulatu ondoren, hainbat fisikari hasi ziren lanean horren gainean. Horietako bat Einstein izan zen. Einsteinen ustetan, argiaren hutseango abiadura iturriarekiko zein behatzailearekiko independentea zen, baldin eta behatzailea azeleratuta ez bazegoen. Erlatibitatearen definiziotik abiatuta, 1905. urtean, Albert Einsteinek Erlatibitate Bereziaren teoria formulatu zuen. Teoria horren arabera, argiaren abiadura hutsean, konstante unibertsala da, eta ez dago erlazionatuta soilik argiarekin. Erlatibitate Bereziaren Teoriak iraultza ekarri zuen espazio-denboran, eta eterraren sistemaren kontzeptua bertan behera gelditu zen, nahiz eta Lorentz eta Poincaré horren alde zeuden[9][10].

Konstante esplizitu moduan definitzeko prozesua

1983. urtean, Pisu eta Neurrien Konferentzia Orokorrak ondoko era honetan definitu zuen metroa: «Metroa da argiak hutsean 1/299.792.458 segundoko denbora-tartean zeharkatzen duen ibilibidea»"[11]. Definizio horren ondorioz, argiaren abiadura hutsean, 299.792.458 m/s-koa da, eta Nazioarteko Unitate Sisteman definitutako konstante izatera heldu da[12]. 2011. urtean, Pisu eta Neurrien Konferentzia Orokorrak azaldu zuen Nazioarteko Unitate Sistemako oinarrizko zazpi unitateak berriz ere definitzeko asmoa zuela[13]. Horretarako, konstante esplizituen formulazioa erabiliko zuela agindu zuen. Formulazio horretan, unitate bakoitza oinarrizko konstante ezagun baten balio zehatza erabiliz definitzen da, zeharkako era batean. Konstante esplizituen formulazioaren bidez, metroaren definizioa emateko, era baliokide bat proposatu zuen: «Metroa, m ikurra duena, luzera adierazteko unitatea da. Metroari dagokion magnitudea esleitzeko, argiaren hutseango abiaduraren balioa finkatu behar da, Nazioarteko Unitate Sistemako m/s unitateetan 299.792.458 izateko moduan».[14]

Deskribapena

Fisika modernoaren arabera, erradiazio elektromagnetiko guztiak (argi ikusgaia barne) abiadura konstantez hedatzen edo mugitzen dira hutsean, argiaren lastertasuna (magnitude eskalarra) beharrean argiaren abiadura (magnitude bektoriala) izenez (gaizki) ezagutzen dena. Hura c gisa adierazten den konstante fisikoa da. Erlatibitatearen teoria orokorrean, c lastertasuna grabitatearen hedapenaren abiadura ere bada.

Elektromagnetismoaren legeetatik (Maxwellen ekuazioak adibidez) lortzen den ondorio bat da erradiazio elektromagnetikoaren c abiadura ez dela erradiazio hori igortzen duen objektuaren abiaduraren araberakoa. Beraz, oso azkar mugitzen den argi-iturri batek igortzen duen argia iturri geldi bateko argiaren abiadura berean ibiliko litzateke (nahiz eta argiaren kolorea, maiztasuna, energia eta momentua aldatu: Doppler efektua).

Behaketa hori erlatibitate-printzipioarekin konbinatzen bada, behatzaile guztiek argiaren abiadura hutsean kopuru berean neurtuko dutela ondorioztatzen da, behatzailearen erreferentzia-esparrua edo argia igortzen duen objektuaren abiadura edozein dela ere. Horregatik, c, oinarrizko konstante fisiko gisa ikus daiteke. Gertaera hori, beraz, erlatibitate bereziaren teoriarako oinarri gisa erabil daiteke. Konstantea c abiadura da argiaren ordez, erlatibitate berezirako oinarrizkoa dena. Beraz, argia, nolabait, c baino abiadura txikiagoan bidaiatzeko atzeratzen bada, horrek ez du zuzenean eragingo erlatibitate bereziaren teorian.

Abiadura handian bidaiatzen duten behatzaileek distantziak eta denborak Lorentz eraldaketaren arabera distortsionatzen direla ikusiko dute. Dena den, transformazioek denborak eta distantziak desitxuratzen dituzte argiaren abiadura konstante izan dadin. c-tik hurbileko abiaduran bidaiatzen duen pertsona batek ere aurrean argiaren koloreak urdin bihurtzen direla eta atzean gorri bihurtzen direla ikusiko du.

Erreferentzia-esparru batean, informazioa c baino azkarrago bidaiatuko balu, kausalitatea urratuko litzateke: beste erreferentzia-esparruetan, informazioa bidali aurretik jasoko litzateke; horrela, kausa efektuaren ondoren behatu zitekeen. Erlatibitate bereziaren denbora-zabalkuntzaren ondorioz, kanpoko behatzaile baten eta argiaren abiaduratik gero eta hurbilago dagoen behatzaile batek hautematen duen denboraren zatidura zerora hurbiltzen da. Zerbait argia baino azkarrago mugituko balitz, zatidura hori ez litzateke zenbaki erreala izango. Kausalitatearen urraketa hori ez da inoiz ikusi.

Argi-konoa. Espazio-denbora diagrama, A eta B gertaeren artekoa (kausalitate posiblea) eta A eta C gertaeraren artekoa (kausalitate ezinezkoa) argitzeko aukera ematen duena

Argi-kono batek kontaktu kausalean dagoen eta ez daudenen kokapena definitzen du. Beste modu batera esanda, informazioa argi-kono batek definitutako eskualdeetan eta puntu batera hedatzen da. Eskuineko diagramako AB tartea denbora-mota da (hau da, erreferentzia-esparru bat dago, non A eta B gertaerak, espazioan, leku berean gertatzen diren, une desberdinetan gertatzen direlako bakarrik bereizita, eta, marko horretan A B-ren aurretik bada, A B-ren aurretik dagoen marko guztietan: ez dago erreferentzia-esparrurik, zeinetan A eta B gertaerak aldi berean gertatzen diren). Modu horretan, hipotetikoki, posible da materia (edo informazioa) A-tik B-ra bidaiatzea, beraz, erlazio kausala egon daiteke (A kausarekin eta B efektuarekin).

Bestalde, AC tartea espazio motakoa da (hau da, erreferentzia-esparru bat dago, non A eta C gertaerak aldi berean gertatzen diren). Hala ere, badaude A C-ren aurretik dauden markoak ere, edo C A-ren aurretik daudenak. Argia baino azkarrago bidaiatzeko modu bat mugatuz, ezin izango da edozein materia (edo informazio) A-tik C-ra edo C-tik A-ra bidaiatu. Modu horretan, ez dago A eta C-ren arteko kausa-loturarik.

1983an onartutako egungo definizioaren arabera, argiaren abiadura 299.792.458 m/s da (gutxi gorabehera, 3 × 10⁸ metro segundoko, 300.000 km/s edo 300 m segundo miliorenekoa).

c-ren balioak hutsaren permitibitate elektrikoa ( $\varepsilon _{0}$ ), SIU unitateetan, honela definitzen du:

\varepsilon _{0}=10^{7}/4\pi {\text{c}}^{2}\quad \mathrm {(en~A^{2}\,s^{4}\,kg^{-1}\,m^{-3}=F\,m^{-1})}

Hutsaren iragazkortasun magnetikoa ( $\mu _{0}$ ) ez da c-ren menpekoa, eta SIU unitateetan definitzen da:

\mu _{0}=4\,\pi \,10^{-7}\quad \mathrm {(en~kg\,m\,s^{-2}\,A^{-2}=N\,A^{-2})}

.

Konstante horiek Maxwell-en ekuazioetan agertzen dira; horiek elektromagnetismoa deskribatzen dute, eta honela erlazionatuta daude:

{\text{c}}={\frac {1}{\sqrt {\varepsilon _{0}\mu _{0}}}}

Distantzia astronomikoak argi-urteetan neurtzen dira, normalean (hori da argiak urte batean egiten duen distantzia, gutxi gorabehera 9,46×10¹² km (9,46 bilioi km).

Metroaren definizioa

Sakontzeko, irakurri: «Metro»

Historikoki, metroa Ipar poloaren eta ekuatorearen artean Parisen barrena dagoen lurreko meridiano-arkuaren luzeraren hamar milioigarren zati gisa definitu zen barra estandarrari erreferentzia eginez, eta argiaren maiztasun jakin bateko uhin-luzerari erreferentzia eginez.

1967an, Pisu eta Neurriei buruzko XIII. Konferentzia Orokorrak denbora atomikoaren segundoa zesio-133 atomoaren oinarrizko egoeraren bi maila hiperfinen arteko trantsizioari dagozkion 9.192.631.770 aldien iraupena bezala definitu zuen, gaur egun, segundoaren definizioa izaten jarraitzen duena.

1983an, Pisu eta Neurrien Konferentzia Orokorrak neurgailuaren definizioa aldatzea erabaki zuen Nazioarteko Sistemaren luzera-unitate gisa, eta haren definizioa argiaren abiaduran oinarrituta ezarri zuen[15]:

«

"The metre is the length of the path travelled by light in vacuum during a time interval of 1/299 792 458 of a second."

(Metroa argiak hutsean egindako ibilbidearen luzera da 1/299.792.458 segundo bateko denbora tarte batean)

»

Ondorioz, neurgailuaren definizioan egindako doikuntza horrek argiaren abiadura 299.792.458 m/s-ko balio zehatza izatea ahalbidetzen du metro/segundo adierazitakoan. Aldaketa horrek Einsteinen erlatibitatearen teoriaren oinarrietako bat aprobetxatzen du, praktikoki, zeinak hutsean argiaren abiaduraren magnitudea neurtzeko erabiltzen den erreferentzia-sistematik independentea dela dioen.

Metroaren definizioaren aldaketaren motibazioa eta baita unitateen definizioaren aldaketa guztien atzean ere, mundu osoko gailuak modu homogeneoan kalibratzeko erraz erabil zitekeen unitatearen definizio zehatza ematea izan zen. Barra estandarra ez zen praktikoa zentzu horretan, ezin baitzuten bere kameratik kendu edo bi zientzialarik aldi berean erabili. Era berean, bere luzeran, aldaketa nabarmenak izateko joera zuen tenperatura aldaketengatik, muturren higaduragatik, oxidazioagatik, eta abar, eta Nazioarteko Unitate Sistemaren oinarrizko unitateetako bat ezartzeko beharrezkoa den zehaztasunarekin bateraezina zen.

Komunikazioak

GPS seinalearen atzerapen-denborak sateliteek behatzailearekiko duten distantziaren arabera, haien posizioa kalkulatzeko aukera ematen duena

Argiaren abiadurak garrantzi handia du telekomunikazioetarako. Adibidez, Lurraren perimetroa 40.075 km-koa denez (ekuatore-lerroan) eta, teorikoki, informazio zati batek bidaiatu dezakeen abiadurarik azkarrena c denez, lur-globoaren beste muturrera iristeko denbora-tarte laburrena 0,067 s izango litzateke.

Egia esan, bidaia-denbora apur bat luzeagoa da, neurri batean, argiaren abiadura % 30 inguru baxuagoa delako zuntz optiko batean, eta, oso gutxitan, bide zuzenak izaten dira komunikazio globaletan; atzerapenak ere gertatzen dira seinalea etengailu elektrikoetatik edo seinale-sorgailuetatik igarotzean. 2004an, Australiatik edo Japoniatik Estatu Batuetara seinalea jasotzeko atzerapen tipikoa 0,18 s zen. Gainera, argiaren abiadurak haririk gabeko komunikazioen diseinuan eragiten du.

Argiaren abiadura mugatua agerian geratu zen mundu osoan Houston Ground Control eta Neil Armstrong-en arteko komunikazioen kontrolean, Ilargian oina jarri zuen lehen gizona bihurtu zenean: galdera bakoitzaren ondoren, Houstonek 3 s inguru itxaron behar izan zuen erantzun bakoitzaren itzulera, nahiz astronautek berehala erantzun.

Era berean, planeta arteko ontzi baten berehalako urrutiko kontrola ezinezkoa da, gure planetatik nahikoa urrun dagoen espazio-ontzi batek ordu batzuk beharko lituzkeelako lurreko kontrol zentrora informazioa bidali eta argibideak jasotzeko.

Argiaren abiadurak ere eragina izan dezake distantzia motzetan. Superkonputagailuetan, argiaren abiadurak abiadura muga bat ezartzen du prozesadoreen artean datuak bidali ahal izateko. Prozesadore batek 1 GHz-ra funtzionatzen badu, seinaleak, gehienez, 300 mm-ko zirkulazio bakarrean bidaiatu dezake. Horregatik, prozesadoreak elkarrengandik hurbil jarri behar dira komunikazio-atzerapenak gutxitzeko. Erloju baten maiztasunak handitzen jarraitzen badu, argiaren abiadura, azkenik, txip indibidualen barne diseinurako muga-faktore bihurtuko da.

Fisika

Abiadura konstantea erreferentzia-koadro guztientzat

Garrantzitsua da ikustea argiaren abiadura ez dela abiadura muga bat ohiko zentzuan. Argi-izpi baten atzetik dabilen behatzaileak berarekin paraleloan higitzen dela neurtuko luke geldirik dagoen behatzaile bat balitz bezala abiadura berean bidaiatuz. Hori da behatzaile horrek neurtzen duen abiadura, hala, berak eta izpiak egindako distantziak diferentziaren araberakoa ez ezik baita behatzailearen abiadurarekin moteltzen den bere denboraren araberakoa ere dela. Behatzailearentzat, denboraren moteltzea edo Denboraren zabalkuntza halakoa da ezen beti hautemango duela abiadura berean higitzen den argi izpi bat.

Jende gehienak abiadura gehitzearen araura ohituta daude: bi kotxe kontrako noranzkoetatik hurbiltzen badira (bakoitza 50 km/h-ko abiaduran joanda), espero litzateke (zehaztasun handiarekin) auto bakoitza bestea hautematea 50 + 50=100 km/h-ko abiadura konbinatuan. Hori zuzena izango litzateke kasu guztietan iragandako denboraren neurri fisikoa behatzailearen higidura-egoeraren arabera erlatiboa dela alde batera utzi ahalko bagenu.

Hala ere, argiaren hurbileko abiaduran, emaitz esperimentalek argi uzten dute arau hori ezin dela aplikatu denbora zabalkuntzaren ondorioz. Bata bestearengana hurbiltzen diren bi ontzi, bakoitza argiaren abiaduraren % 90ean bidaiatzen duten hirugarren behatzaile batekiko, ez dute elkar sumatuko argiaren abiaduraren % 90 + % 90 = % 180ean. Horren ordez, bakoitzak argiaren abiaduraren % 99,5 baino gutxiagora hurbiltzen sumatuko du bestea. Emaitza hori Einsteinen abiadura batuketaren formulak ematen du:

u={\cfrac {v+w}{1+{\cfrac {vw}{{\text{c}}^{2}}}}}

non v eta w hirugarren behatzaile batek behatutako ontzien abiadura dira, eta u besteak behatutako bi ontzietako edozeinen abiadura.

Berezko intuizioaren aurka, behatzaileak, beste behatzailearekiko mugitzen den abiadura edozein dela ere, biek neurtuko dute hurbiltzen den argi-izpi baten abiadura balio konstante berarekin: argiaren abiadura.

Aurreko ekuazioa Einsteinek bere erlatibitate bereziaren teoriatik atera zuen, erlatibitate printzipioa premisa nagusitzat hartzen duena. Printzipio horrek (jatorriz Galileo Galileik proposatua) lege fisikoek Erreferentzia-sistema guztietan berdin jokatzea eskatzen du.

Maxwell-en ekuazioek argiaren abiadura zuzenean ematen dutenez, behatzaile bakoitzarentzat bera izan beharko litzateke; XIX. mendeko fisikarientzat, bistakoa da, okerra zen ondorioa, zeinarentzat Maxwellen teoriak ematen zuen argiaren abiadurak eter argitsuarekin aldean balio duela suposatu baitzuten.

Baina Michelson eta Morleyren esperimentuak, beharbada fisikaren historiako esperimenturik ezagunena eta erabilgarriena, ezin izan zuen eter hori aurkitu, argiaren abiadura erreferentzia-esparru guztietan konstantea dela iradokiz.

Einsteinek Michelson eta Morleyren esperimentuen emaitzak ezagutzen ote zituen jakin ez arren, argiaren abiadura konstantea zela suposatu zuen; Galileoren erlatibitate printzipioaren berrespen gisa ulertu zuen, eta ondorioak ondorioztatu zituen, gaur egun erlatibitate berezien teoria bezala ezagutzen dena. erlatibitatea, aurreko formula auto-intuitiboa barne hartzen dutenak.

Abiadura fisikoa eta argiaren abiadura koordenatua

Kontuan izan behar da, batez ere erreferentzia-sistema ez-inertzialak kontuan hartzen badira, argiaren konstantziaren behaketa esperimentala argiaren abiadura fisikoari egiten diola erreferentzia. Bi magnitudeen arteko desberdintasunak zenbait gaizki-ulertu eragin zien XX.mende hasierako teorialariei. Horrela, Paulik hauxe idatzi zuen:

«

Jada ezin da hitz egin argiaren abiaduraren konstantzia hutsean duen izaera unibertsalaz, argiaren abiadura konstantea Galileoren erreferentzia-sistemetan soilik baita[16]

»

Dena den, iruzkin hori argiaren koordenatu-abiaduraren predikatu jakin bat da (haren definizioak ez ditu tentsore metrikoaren koefiziente metrikoak inplikatzen); hala ere, argiaren abiadura fisikoaren definizio egokia, erreferentzia sistema ez-inertzialak tentsore metrikoaren osagaiak inplikatzen dituena, abiadura fisikoa konstantea dela esan nahi du.

Material gardenekin elkarrekintza

Argiaren Errefrakzioa

Material baten errefrakzio-indizeak adierazten du argiaren abiadura zein motela den medio horretan hutsarekin alderatuta. Materialetan, argiaren abiadura gutxitzeak errefrakzioa deritzon fenomenoa eragin dezake argi zuri izpi batek zeharkatzen duen prisma batean ikusten den moduan, koloreen espektro bat osatuz eta haren barreiapena sortuz.

Materialetatik igarotzean, argia c baino abiadura baxuagoan hedatzen da materialaren errefrakzio indizea izeneko zatidurak adieraziz.

Argiaren abiadura airean, c baino apur bat txikiagoa da. Medio trinkoagoak (ura eta beira, adibidez) gehiago murriztu dezakete argiaren abiadura: c-ren 3/4 eta 2/3 gisako frakzioetara. Abiadura gutxitze hori, indize desberdinak dituzten bi materialen arteko interfazean, argia bikoiztearen (bere ibilbidea angelu jakin bat duen bihurgune baten arabera aldatuz) arduraduna ere bada, errefrakzioa deitzen den fenomenoa. Hori da argiak materiarekin elkarreragiten duelako uhin elektromagnetiko gisa euskarri gardenen barruan, eta horrek erantzun-eremuak sortzen ditu, eta argia, bitartekoaren bidez, hasierako uhinaren eta materiaren erantzunaren emaitza da. Materialean hedatzen den uhin elektromagnetiko horrek argiak hutsean baino hedapen-abiadura txikiagoa du. Euskarri baten n errefrakzio-indizea ondoko esamoldeak ematen du: non v, bitarteko horretan, argiaren abiadura den (esan bezala, argiaren abiadura medio batean argia hutsean baino abiadura txikiagoa baita):

n={\frac {\text{c}}{v}}

Materialetan argiaren abiadura errefrakzio-indizearen araberakoa denez eta errefrakzio-indizea argiaren maiztasunaren araberakoa denez, maiztasun desberdinetako argiak abiadura ezberdinetan bidaiatzen du material berean zehar. Horrek distortsioa eragin dezake maiztasun anitzez osatutako uhin elektromagnetikoetan: dispertsioa izeneko fenomenoa.

Bi medioen arteko intzidentzia (i) eta errefrakzio-angeluak (r) eta errefrakzio-indizeak Snell-en Legearen bidez erlazionatzen dira. Angeluak medioen arteko gainazaleko bektore normalarekiko neurtzen dira:

$n_{i}\cdot \operatorname {sen} {}\alpha _{i}=n_{r}\cdot \operatorname {sen} {}\alpha _{r}$

Eskala mikroskopikoan, erradiazio elektromagnetikoa partikulatzat hartuta, errefrakzioa argia osatzen duten fotoien etengabeko xurgapen eta berrigorpenaren ondorioz sortzen da pasatzen ari den atomo edo molekulen bidez. Zentzu jakin batean, argiak, berez, bakarrik bidaiatzen du atomo horien arteko hutsunean zehar, eta atomoek oztopatzen dute. Bestela, erradiazio elektromagnetikoa uhin gisa kontuan hartuta, atomo bakoitzaren kargak (elektroiak, nagusiki) erradiazioen eremu elektriko eta elektromagnetikoekin oztopatzen dute, bere aurrerapena atzeratuz.

Argia baino azkarrago

Azken froga esperimentalek argiaren talde-abiadurak c gainditzea posible dela erakusten dute. Esperimentu baten bidez, laser izpien talde-abiadurak distantzia oso laburrak egin zituen zesio-atomoetan zehar c baino 300 aldiz azkarrago. Hala ere, teknika hori ezin da erabili c baino azkarrago informazioa transferitzeko: informazioaren transferentziaren abiadura abiadura frontalaren (zerotik gorako pultsu baten lehen gehikuntzak aurrera egiten duen abiadura) araberakoa da, eta batutako abiaduraren eta abiadura frontalaren emaitza da materialaren argiaren abiadura normalaren karratuaren berdina.

Argiaren talde-abiadura horrela gainditzea, soinuaren abiadura gainditzearen parekoa da pertsonak distantzia ekidistantean kokatutako lerro batean jarriz eta, guztiei, bata bestearen atzetik, tarte laburrez, hitz bat oihuka dezaten eskatuz eta aurrekoaren oihua entzuteko itxaron beharrik izan gabe bakoitzak norberaren begirada-denbora neurtuz erloju propioan.

Argiaren abiadura gainditzen dela ager daiteke uhin suntsikorrrek barne hartzen dituzten zenbait fenomenotan, hala nola tunel kuantikoak. Esperimentuek adierazten dute uhin suntsikorren fase-abiadurak c gainditu dezakeela; hala ere, badirudi, ez taldekako abiadurak, ez aurrealdeko abiadurak ez dutela c gainditzen, beraz, berriro ere, ezin da informazioa c baino azkarrago transmititu.

Mekanika kuantikoaren interpretazio batzuetan, efektu kuantikoak c baino abiadura handiagoetan transmititu daitezke (izan ere, distantziara egindako ekintzak mekanika kuantikoaren arazo gisa hautematen dira: ikus EPR paradoxa). Adibidez, bi partikulen egoera kuantikoak lotu daitezke, beraz, partikula baten egoerak beste partikula baten egoera baldintzatzen du (beste modu batean adieraziz, batak +½-ko spina izan behar du, eta besteak -½-koa). Partikulak behatu arte, bi egoera kuantikoren (+½, –½) eta (–½, +½) gainezarmenetan existitzen dira. Partikulak bereizten badira eta horietako bat bere egoera kuantikoa zehazteko ikusten bada, bigarren partikularen egoera kuantikoa automatikoki zehazten da. Bada, mekanika kuantikoaren interpretazio batzuetan, egoera kuantikoari buruzko informazioa partikula baten tokikoa dela suposatzen bada, orduan, lehen behaketa egin bezain laster bigarren partikulak bere egoera kuantikoa berehala hartzen duela ondorioztatu behar da. Hala ere, ezinezkoa da kontrolatu lehen partikulak zein egoera kuantiko hartuko duen behatzean; beraz, horrela, ezin da informaziorik transmititu. Badirudi fisikaren legeek informazioa bide maltzurragoetatik transmititzea eragozten dutela, eta horrek klonaziorik gabeko teorema gisako arauak formulatzea ekarri du.

Higidura superluminarioa deritzona zenbait objektu astronomikotan ere ikusten da, hala nola galaxia aktiboen zurrusten, galaxia aktiboen eta quasarretan. Dena den, zurrusta horiek ez dira benetan argiarena gainditzen duten abiadurarekin higitzen: itxurazko higidura superluminarioa ikusmenaren horizontearen angelu txiki batean argiaren abiaduratik hurbil dauden objektuek eragindako efektuaren proiekzioa da.

Paradoxikoa dirudien arren, baliteke uhin hedagarriak erradiazio elektromagnetikoarekin sortu izana, medio intsolatu batean zehar bidaiatzen duen partikula kargatu batek medioaren tokiko eremu elektromagnetikoa eten egiten baitu. Kargatutako partikularen eremuak medioaren atomoetako elektroiak desplazatu eta polarizatu egiten ditu, eta elektroi gisa igortzen diren fotoiak bere burua berreskuratzen dute etenaldia igaro ondoren oreka mantentzeko (eroale batean, etenaldia fotoi bat igorri gabe berrezar daiteke).

Egoera normaletan, fotoi horiek interferentzia suntsitzailea egiten dute elkarren artean, eta ez da erradiaziorik hautematen. Hala ere, etenaldia fotoi bera baino azkarrago bidaiatzen bada, fotoiek era konstruktiboan interferentzia egingo dute, eta behatutako erradiazioa areagotu egingo dute. Emaitzari (leherketa soinudun baten antzekoa) Txerenkoven erradiazioa deritzo.

Argia baino azkarrago komunikatzeko edo bidaiatzeko gaitasuna zientzia-fikzioaren gai ezaguna da. Argiak baino azkarrago bidaiatzen duten partikulak proposatu izan dira: takioiak, partikulen fisikak bikoiztuak, nahiz eta inoiz ikusi ez diren.

Fisikari batzuek (horien artean, João Magueijo eta John Moffat) proposatu dute argiak egungo abiadura baino askoz azkarrago bidaiatzen zuela iraganean. Teoria hori argiaren abiadura aldakorra izenez ezagutzen da, eta, bere defendatzaileek diotenez, fenomeno horrek enigma kosmologiko asko hobeto azaltzeko gaitasuna du aurkako teoria baino: unibertsoaren eredu inflazionista. Hala ere, teoria horrek ez du nahikoa onarpen lortu.

2011ko irailean, Genevako Ikerketa Nuklearrerako Europako Kontseiluko (CERN) instalazioetan, Gran Sassoko (Italia) lurpeko laborategian, itxuraz argiaren abiadura gainditzen zuten neutrinoak ikusi ziren, (60,7 ± 6,9 (errore estatistikoa) ± 7,4 (errore sistematikoa)) nanosegundo lehenago iritsiz (732 kilometroko distantzian, 18 metro ingururi dagokio)[17]. Lehen unetik, komunitate zientifikoa zalantzan zegoen albistearen aurrean, urte batzuk lehenago, Chicagoko Fermilab-eko Milos proiektuak antzeko emaitzak lortu baitzituen, baina baztertu egin zen errore-marjina handiegia zelako[18], eta, hain zuzen ere, kasu horretan ere, neurketa-errore bat gertatu zen[19][20]. 2012ko otsailean, CERNeko zientzialariek neurketak gaizki egin zirela iragarri zuten konexio akats baten ondorioz[21].

Argia atzeratzeko esperimentuak

Errefrakzio-fenomenoek (esaterako, ostadarra) argiaren abiadura moteldu ohi dute medio batean (urak, adibidez). Zentzu jakin batean, hutsean ez den beste medio batean zehar bidaiatzen duen edozein argi c baino abiadura baxuagoan bidaiatzen du errefrakzioaren ondorioz. Hala ere, zenbait materialek errefrakzio-indize oso altua dute: bereziki, Bose-Einstein kondentsatuaren dentsitate optikoa oso handia izan daiteke.

1999an, Lene Hau-k zuzendutako zientzialari talde batek argi-izpi baten abiadura 17 m/s ingurura jaistea lortu zuen, eta, 2001ean, argi-izpi bat momentuz geldiarazi ahal izan zuten[22].

2003an, Mijaíl Lukinek, Harvard Unibertsitateko eta Lebedev Fisika Institutuko (Moskun) zientzialariekin batera, argia erabat geldiaraztea lortu zuen rubidio gas bero baten masa batera bideratuz, zeinaren atomoek, Lukinen hitzetan, ispilu txiki gisa jokatzen duten bi kontrol-izpietan dauden interferentzia-ereduen ondorioz[23].

Garrantzitsua da aipatzea, argiaren abiadura moteldu ohi dela hutsean baino dentsitate handiagoa duen medio batean mugitzen denean; hori argiari aplikatzen zaio airea, ura, olioa, besteak beste... bitarteko batean mugitzen denean.

Aplikazioak

Eskala txikiak

Argiaren abiaduraren aplikazio bat aipatzearren, gure egungo gizartean indar handia daukan sektorean sakonduko dugu: superkonputagailuetan. Gaur egungo superkonputagailuetan, argiaren abiadurak zehazten du informazioa prozesadore batetik bestera bidaltzeko lastertasuna. Demagun prozesadore bat 1 GHz-ko maiztasunean ari dela lanean, hortaz, 30 cm, gutxi gorabehera, bidaiatu dezake gehienez seinale horrek ziklo batean. Hau dela eta, prozesadoreak bata bestearen ondoan jarri behar dira informazio galderarik ez gertatzeko. Horrek, ordea, gehiegi berotu dezake sistema. Beraz, badago puntu bat, non argiaren abiadura sistema sortzeko limitea izango den[24][25].

Unitate astronomikoa

Unitate astronomikoa (UA) Lurraren eta Eguzkiaren arteko distantzia da, gutxi gorabehera. 2012. urtean birformulatu zen, eta, zehazki, 149.597.870.700 m zirela definitu zen[26][27]. Hasiera batean, UA ez zen Nazioarteko Unitate Sistemako unitateen bitartez definitzen, baizik eta mekanika klasikoko Eguzkiaren grabitazio-indar terminoetan. Gaur egun, ordea, UA definitzeko, metroa erabiltzen da Nazioarteko Unitate Sisteman. Horrela, argiaren abiadura segundoko unitate astronomikoetan eslei dakioke balio bati.

Distantzien neurketa

Radar-sistemek itu bateraino dagoen distantzia neurtzen dute. Horretarako, irrati-uhinen pultsu batek, ituan islatu ondoren, radarraren antenara itzultzeko behar duen denbora-tartea neurtzen dute. Denbora-tarte hori lortzeko, argiak joan-etorri batean behar duen denboraren erdia argiaren hutseango abiadurarekin biderkatu behar da.

Erreferentziak

(Ingelesez) Podesta, Michael de. (2002-04-25). Understanding the Properties of Matter. CRC Press ISBN 978-0-415-25788-6. (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).
«CODATA Value: speed of light in vacuum» physics.nist.gov (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).
(Ingelesez) Jespersen, James; Fitz-Randolph, Jane. (1999-01-01). From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency. Courier Corporation ISBN 978-0-486-40913-9. (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).
«International System of Units from NIST» physics.nist.gov (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).
(Ingelesez) «The natural laws of the universe : understanding fundamental constants | WorldCat.org» www.worldcat.org (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).
Morley, Albert Abraham Michelson and Edward. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).
Darrigol, O(2000). Electrodynamics from Amepré to Einstein.Claredon Press (Ingelesez) Book sources. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).
https://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Galison (2003). Einstein´s clocks, Poincaré´s Maps: Empires of Time. W.W.Norton https://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Number https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-393-32604-7
Miller, Al (1981). Albert Einstein´s special theory of relativity. Emergence (1905) and early interpretation (1905-1911). Addison-Wesley https://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Number https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-201-04679-2
(Ingelesez) Abraham Pais. 2018-01-12 (Noiz kontsultatua: 2018-03-22). Subtle is the Lord: the science and the Life of Albert Einstein. Oxford University Press. https://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Number. https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-19-520438-7
«BIPM - Resolution 1 of the 17th CGPM» www.bipm.org (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).
(Ingelesez) Taylor, Edwin F.; Wheeler, John Archibald. (1992-03-15). Spacetime Physics. Macmillan ISBN 9780716723271. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).
(Ingelesez) Jespersen, James; Fitz-Randolph, Jane. (1999). From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency. Courier Corporation ISBN 9780486409139. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).
BIPM - explicit constant. 2014-08-11 (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).
(Ingelesez) «Welcome - BIPM» www.bipm.org (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).
W. Pauli, Theory of Relativity, Pergamon Press, 1958
The OPERA Collaboration; Adam, T.; Agafonova, N.; Aleksandrov, A.; Altinok, O.; Sanchez, P. Alvarez; Anokhina, A.; Aoki, S. et al.. (2012-10). «Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam» Journal of High Energy Physics 2012 (10): 93. doi:10.1007/JHEP10(2012)093. ISSN 1029-8479. (Noiz kontsultatua: 2023-05-29).
(ingelesez) Collins, N. «Speed of light broken - an expert's view». The Telegraph. Consultado el 23 de septiembre de 2011.
(Gaztelaniaz) «Meteorología en Red» Meteorología en Red 2023-05-26 (Noiz kontsultatua: 2023-05-29).
«ICARUS no detecta neutrinos superlumínicos | Teknociencia.ch & Teknociencia.com» web.archive.org 2015-07-22 (Noiz kontsultatua: 2023-05-29).
(ingelesez) «Breaking the speed of light: CERN's neutrino experiment» The Telegraph. Consultado el 9 de octubre de 2012.
Katz, Ricardo Santiago (25 de junio de 2007). «Lene Hau: Ralentizó un rayo luminoso». Agencia Nova. Archivado desde el original el 22 de enero de 2015. Consultado el 29 de septiembre de 2011.
Glanz, James (19 de enero de 2001). «Lograron detener por completo y luego relanzar un rayo de luz». Diario Clarín. Consultado el 29 de septiembre de 2011.
(Ingelesez) Parhami, Behrooz. (1999-01-31). Introduction to Parallel Processing: Algorithms and Architectures. Springer Science & Business Media ISBN 9780306459702. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).
(Ingelesez) Malyshkin, Victor. (2009-08-04). Parallel Computing Technologies: 10th International Conference, PaCT 2009, Novosibirsk, Russia, August 31-September 4, 2009, Proceedings. Springer Science & Business Media ISBN 9783642032745. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).
"Resolution B2 on the re-definition of the astronomical unit of length". International Astronomical Union. 2012
"The International System of Units, Supplement 2014: Updates to the 8th edition (2006) of the SI Brochure". International Bureau of Weights and Measures. 2014: 1

Bibliografia

Aguirregabiria Aguirre, J.M. (2004). "Mekanika klasikoa", Euskal Herriko Unibertsitatea. ISBN 84-8373-631-4

Ikus, gainera

Kanpo estekak

Datuak: Q2111
Multimedia: Speed of light / Q2111

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.

[1] (Ingelesez) Podesta, Michael de. (2002-04-25). Understanding the Properties of Matter. CRC Press ISBN 978-0-415-25788-6. (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).

[2] «CODATA Value: speed of light in vacuum» physics.nist.gov (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).

[3] (Ingelesez) Jespersen, James; Fitz-Randolph, Jane. (1999-01-01). From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency. Courier Corporation ISBN 978-0-486-40913-9. (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).

[4] «International System of Units from NIST» physics.nist.gov (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).

[5] (Ingelesez) «The natural laws of the universe : understanding fundamental constants | WorldCat.org» www.worldcat.org (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).

[6] Morley, Albert Abraham Michelson and Edward. On the Relative Motion of the Earth and the Luminiferous Ether. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).

[7] Darrigol, O(2000). Electrodynamics from Amepré to Einstein.Claredon Press (Ingelesez) Book sources. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).

[8] ttps://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Galison (2003). Einstein´s clocks, Poincaré´s Maps: Empires of Time. W.W.Norton https://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Number https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-393-32604-7

[9] Miller, Al (1981). Albert Einstein´s special theory of relativity. Emergence (1905) and early interpretation (1905-1911). Addison-Wesley https://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Number https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-201-04679-2

[10] (Ingelesez) Abraham Pais. 2018-01-12 (Noiz kontsultatua: 2018-03-22). Subtle is the Lord: the science and the Life of Albert Einstein. Oxford University Press. https://en.wikipedia.org/wiki/International_Standard_Book_Number. https://en.wikipedia.org/wiki/Special:BookSources/0-19-520438-7

[11] «BIPM - Resolution 1 of the 17th CGPM» www.bipm.org (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).

[12] (Ingelesez) Taylor, Edwin F.; Wheeler, John Archibald. (1992-03-15). Spacetime Physics. Macmillan ISBN 9780716723271. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).

[13] (Ingelesez) Jespersen, James; Fitz-Randolph, Jane. (1999). From Sundials to Atomic Clocks: Understanding Time and Frequency. Courier Corporation ISBN 9780486409139. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).

[14] BIPM - explicit constant. 2014-08-11 (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).

[15] (Ingelesez) «Welcome - BIPM» www.bipm.org (Noiz kontsultatua: 2023-05-28).

[16] W. Pauli, Theory of Relativity, Pergamon Press, 1958

[17] The OPERA Collaboration; Adam, T.; Agafonova, N.; Aleksandrov, A.; Altinok, O.; Sanchez, P. Alvarez; Anokhina, A.; Aoki, S. et al.. (2012-10). «Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam» Journal of High Energy Physics 2012 (10): 93. doi:10.1007/JHEP10(2012)093. ISSN 1029-8479. (Noiz kontsultatua: 2023-05-29).

[18] (ingelesez) Collins, N. «Speed of light broken - an expert's view». The Telegraph. Consultado el 23 de septiembre de 2011.

[19] (Gaztelaniaz) «Meteorología en Red» Meteorología en Red 2023-05-26 (Noiz kontsultatua: 2023-05-29).

[20] «ICARUS no detecta neutrinos superlumínicos | Teknociencia.ch & Teknociencia.com» web.archive.org 2015-07-22 (Noiz kontsultatua: 2023-05-29).

[21] (ingelesez) «Breaking the speed of light: CERN's neutrino experiment» The Telegraph. Consultado el 9 de octubre de 2012.

[22] Katz, Ricardo Santiago (25 de junio de 2007). «Lene Hau: Ralentizó un rayo luminoso». Agencia Nova. Archivado desde el original el 22 de enero de 2015. Consultado el 29 de septiembre de 2011.

[23] Glanz, James (19 de enero de 2001). «Lograron detener por completo y luego relanzar un rayo de luz». Diario Clarín. Consultado el 29 de septiembre de 2011.

[24] (Ingelesez) Parhami, Behrooz. (1999-01-31). Introduction to Parallel Processing: Algorithms and Architectures. Springer Science & Business Media ISBN 9780306459702. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).

[25] (Ingelesez) Malyshkin, Victor. (2009-08-04). Parallel Computing Technologies: 10th International Conference, PaCT 2009, Novosibirsk, Russia, August 31-September 4, 2009, Proceedings. Springer Science & Business Media ISBN 9783642032745. (Noiz kontsultatua: 2018-03-22).

[26] "Resolution B2 on the re-definition of the astronomical unit of length". International Astronomical Union. 2012

[27] "The International System of Units, Supplement 2014: Updates to the 8th edition (2006) of the SI Brochure". International Bureau of Weights and Measures. 2014: 1